【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件领域，具体涉及一种基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法。
技术介绍
1、随着半导体器件向更高微型化与集成化方向发展，并伴随人工智能和5g通信技术的快速推进，半导体器件的功率密度及其伴生的热量急剧增加。有效的热管理技术已成为维持器件卓越性能与长期可靠性的重要保障。在所有天然材料中，金刚石凭借其超过2000w/m·k的超高热导率，远超常规半导体材料，成为优化散热性能的首选材料。金刚石薄膜或金刚石颗粒涂覆技术现已成为热管理领域广泛应用的核心方案之一。
2、目前，将金刚石薄膜与半导体材料集成的主流工艺采用硅(si)、氮化铝(aln)等材料作为过渡层，以缓解金刚石与其他半导体材料之间的晶格失配及热膨胀系数差异所带来的应力失衡。金刚石与器件外延层材料的主流键合技术分为高温键合与常温表面活化键合两大类。目前这两种键合技术的成熟方案均是依赖中间层材料来缓解金刚石与键合半导体材料之间的晶格失配和热膨胀差异。
3、由于物理性质的不匹配，金刚石与主流半导体材料在界面结合过程中始终面临严峻的技术瓶颈。
4、在高温键合方式中，利用高温条件促进金刚石与半导体材料的键合。虽然该方法在一定程度上提高了键合效果，但其工艺过程复杂，且高温处理引入的热应力会对材料产生不利影响，导致器件的电学性能出现劣化。这种应力积累在某些应用场景中，可能影响器件的长期稳定性和可靠性。
5、在常规的低温键合中，通常使用较厚中间层材料缓解金刚石与其他半导体材料的物理失配。该方案解决了中间层材料继承金刚石表面粗
6、在现有的室温表面活化键合方式中，采用超薄中间层的键合方式需要待键合面的粗糙度小于1nm。然而由于金刚石的极高硬度，传统的(化学机械抛光，chemicalmechanical polish，cmp)工艺难以满足键合界面的高平整度要求，导致使用传统cmp工艺的金刚石键合面积小于50％，且成功率低。需要使用工艺复杂的金刚石表面的精细化学机械抛光，而这种更加精细的抛光工艺不仅增加了生产成本，还限制了该技术的大规模应用与商业化推广。
7、因此现有方案在界面稳定性和热导率之间存在权衡，无法兼顾金刚石与半导体材料键合的稳定性和高效散热性能，同时存在生产成本高的缺陷。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术实施例提供了一种基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，包括步骤；
3、s1、对第一金刚石进行粗抛光，并对半导体和抛光后的第一金刚石进行清洗；
4、s2、在清洗后的第一金刚石表面淀积第一中间层，并在清洗后的半导体表面淀积第二中间层，其中，所述第一中间层和所述第二中间层的材料相同；
5、s3、基于预实验确定好的表面刻蚀参数，使用氩原子束修复技术刻蚀所述第一中间层和第二中间层，直至所述第一中间层的厚度和粗糙度满足预设条件，得到刻蚀后的第一中间层和刻蚀后的第二中间层；所述预设条件包括：粗糙度小于预设粗糙度且厚度小于预设厚度；
6、s4、将所述刻蚀后的第一中间层和所述刻蚀后的第二中间层键合，实现所述第一金刚石和所述半导体的键合。
7、在本专利技术的一个实施例中，所述半导体的材料包括si、sic、gan、gao中的任一种；
8、所述第一中间层和所述第二中间层的材料均包括si、al2o3、aln、bn中的任一种。
9、在本专利技术的一个实施例中，所述抛光后的第一金刚石的粗糙度小于2nm。
10、在本专利技术的一个实施例中，步骤s2包括：
11、利用常温键合机采用溅射的方式在所述清洗后的第一金刚石表面淀积所述第一中间层，同时在清洗后的半导体表面淀积所述第二中间层。
12、在本专利技术的一个实施例中，所述第一中间层的厚度和所述第二中间层的厚度均为10nm-20nm。
13、在本专利技术的一个实施例中，所述表面刻蚀参数的确定方法包括步骤：
14、对第二金刚石依次进行粗抛光和清洗，得到清洗后的第二金刚石；
15、在所述清洗后的第二金刚石表面淀积第三中间层；其中，所述第三中间层的材料与所述第一中间层的材料相同；
16、在预设时间内，使用氩原子束修复技术刻蚀所述第三中间层以控制所述第三中间层的厚度和粗糙度；
17、当刻蚀后的第三中间层的厚度和粗糙度不满足所述预设条件时，使用所述氩原子束修复技术重复刻蚀所述第三中间层；当所述刻蚀后的第三中间层厚度和粗糙度满足所述预设条件时，确定刻蚀真空度、刻蚀电压、刻蚀电流和刻蚀总时间，得到所述表面刻蚀参数。
18、在本专利技术的一个实施例中，所述刻蚀真空度小于1.5*10-5pa，所述刻蚀电压为1000-1500v，所述刻蚀电流为50-500ma，所述预设时间为30-50s，所述刻蚀总时间为所述预设时间的整数倍。
19、在本专利技术的一个实施例中，所述预设条件包括：粗糙度小于1nm且厚度小于10nm。
20、在本专利技术的一个实施例中，所述刻蚀后的第一中间层和所述刻蚀后的第二中间层通过键合形成的中间层的界面热阻值小于10m2k/gw。
21、在本专利技术的一个实施例中，步骤s4包括：
22、利用常温键合机，在温度为室温、真空度小于1.5*10-5pa的条件下，将所述刻蚀后的第一中间层和所述刻蚀后的第二中间层正面相对施加0.1～20mpa的压力进行键合，键合时间为200-500s，实现所述第一金刚石和所述半导体的键合。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
24、1、本专利技术的方法使用氩原子束修复技术刻蚀第一中间层，将金刚石与常用半导体表面各项物理性质失配的问题转变为中间层材料的优化问题，通过界面工程对中间层的粗糙度进行优化，实现了金刚石键合界面的有效调控，有效解决了因金刚石表面粗糙度导致的超薄中间层键合困难问题，降低了对于金刚石粗糙度的严格要求，大幅减少了因金刚石难以进行精细cmp抛光而导致的高昂工艺成本；
25、2、本专利技术的方法使用氩原子束修复技术刻蚀第一中间层，同时实现了对中间层的抛光和减薄，打破了金刚石表面粗糙度和中间层厚度的权衡关系，不仅解决了依赖中间层厚度来弱化金刚石表面粗糙度的问题，而且在不增加额外工艺步骤的前提下可以做到中间层材料的进一步减薄，克服了过厚中间层的存在会对散热路径产生明显阻碍的限制，实现更低的中间层界面热阻，更大限度的解放了金刚石作为散热层的高效性能，兼顾了金刚石与半导体材料键合的稳定性和高效散热性能；
26、3、本专利技术对中间层的淀积、刻蚀和键合均在常温键合机中进行，设备的一体化使得该键合方法全程可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，所述半导体的材料包括Si、SiC、GaN、GaO中的任一种；
3.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，所述抛光后的第一金刚石的粗糙度小于2nm。
4.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，步骤S2包括：
5.根据权利要求4所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，所述表面刻蚀参数的确定方法包括步骤：
7.根据权利要求6所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，
8.根据权利要求1或6所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，所述预设条件包括：粗糙度小于1nm且厚度小于10nm。
9.根据权利要求1所述的基于氩原子修复
10.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，步骤S4包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，所述半导体的材料包括si、sic、gan、gao中的任一种；
3.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，所述抛光后的第一金刚石的粗糙度小于2nm。
4.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，步骤s2包括：
5.根据权利要求4所述的基于氩原子修复技术的金刚石键合效果提升方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的基于氩原子修复技术的...
【专利技术属性】
技术研发人员：武玫，何小涵，马晓华，李仕明，杨凌，张濛，侯斌，芦浩，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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